那么,到底什么是快充技术呢?想要理解快充技术,必须先清楚锂离子电池的一般充电过程。其充电过程可以分为以下三个部分:预充、恒流、恒压。举个例子,比如先检测待充电电池的电压,如果电压低于3V先进行预充电,充电电流为设定电流的1/10,电压升到3V后,进入标准充电过程,以设定电流进行恒流充电,电池电压升到4.20V时,改为恒压充电,保持充电电压为4.20V。此时,充电电流逐渐下降,当电流下降至设定充电电流的1/10时,充电结束。

1 图:锂离子电池充电过程

而快速充电的定义则是,手机充电过程中根据电池电压、电量和温度等参数动态请求充电器调整输出电压和电流的方法。现在的手机快充技术可以分为两类:一是提高电流;二是提高电压。提高电流方案的大概思路就是把充电线加粗、充电线缆线路由普通的4针或5针扩充为7针等,充电线路变粗,电阻变小,电流提高。OPPO VOOC闪充技术是这一类技术的典型代表。提高电压可以理解为在充电头处升完电压之后,在手机集成电路再降下来,再输入到电池中。总而言之,快充技术本质就是在一定限定条件下,尽可能提高到达电池的电压或电流,从而提高输入功率。

1、 OPPO VOOC闪充技术

VOOC闪充技术是“低电压高电流”快充方案的典型代表。众所周知,高电流同样会导致手机发烫从而产生安全隐患。而VOOC闪充技术创新性的将充电控制电路移植到了适配器端,也就是将最大的发热源移植到了适配器。这样控制电路在适配器,而被充电的电池在手机端,充电时手机发热得以很好的解决。 第一代的VOOC充电器体积极大而且充电线接口处还有断掉的危险。好在随着技术的进步第二代VOOC mini充电器已经问世。其体积已然同标准USB充电器相当,便携性极高,安全性也得到了完美的保证。VOOC技术最大的缺点在于其只适用于OPPO一家的产品,兼容性较差。

VOOC闪充系统中有两样与众不同的硬件设计——7针micro USB接口和8金属触点电池以及相对应的内部MCU电路。电池部分可以理解为一个普通两块电池形成的串联,按照输出为5A算,VOOC闪充就相当于是在分别用2.5A的电流给这两块电池充电。为了更好的对充电流程进行控制 (比如控制电路需要实时监测电池电压、温度等),OPPO特别在适配器端加入了智能控制芯片MCU,适配器端实现了充电控制电路,智能控制充电的整个流程。

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代表芯片:VOOC闪充MCU智能芯片

2、高通QC快充技术

高通QC快充技术是目前应用最广泛的快充技术,主导着手机市场。高通QC快充技术从2013年推出QC1.0至今已经发展到QC4.0。

QC1.0时代:突破了USB-IF关于USB Battery Charge 1.2协议1.5A的电流上限,将电流提升到2A,相比老的传统充电器,充电时间缩短40%。

代表芯片:骁龙600

QC2.0时代:相比起旧有标准,QC2.0划时代的改变了充电电压,从保持了多年的常规的5V提升至9V/12V/20V,这意味着一台高电压充电器可以适配更多设备,而且可以抵消劣质充电线和较长充电线带来的电压损耗,从而保证充电的效率。与QC1.0保持相同2A电流下可实现18W大功率电力传输,大大缩短了充电时间。

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增大电压,功率是上去了,效率却下降了。电压每提高一档,效率约下降10%,这些能量大部分转化为热量,所以20V电压档几乎就没人用了,只保留了5V、9V、12V三个档。即便如此还是热的不行,高通也觉得5V到9V步子迈的太大,有点扯到蛋,于是可以以0.2V为单位不断调节直到找到最合适的电压,多大的电压最合适?高通有自己独特的电压智能协商(INOV)算法,这就是QC3.0。

代表芯片:骁龙200/410/615/800/801/805/810

QC3.0时代:在QC2.0 9V/12V两档电压基础上,进一步细分电压档,采用最佳电压智能协商(INOV)算法,以200mV为一档设定电压并可自适应调节,最低可下探至3.6V最高电压20V,并且向下兼容QC2.0。由于全面使用了Type-c接口取代原来的MicroUSB接口,最大电流也提升到了3A,因为电压更低所以效率提升最高达38%,充电速度提升27%,发热降低45%。

代表芯片:骁龙820/653/652/650/626/617/430/427

QC4.0时代:提升功率至28W,并且加入USB PD支持。取消了12V电压档,5V最大可输出5.6A,9V最大可输出3A,并且电压档继续细分。

代表芯片:骁龙835

QC4.0+时代:主要改进:双充功能,智能热平衡和高级安全功能。双充装置内置一个电源管理集成芯片,可以将电流分成两半,使芯片散热速度加快,减少充电所需时间。智能热平衡功能能够自动让电流选择双充中温度较低的路径,让设备在快速充电的同时保持低温。

4 图:一张图看懂高通QC快充技术

3、联发科Pump Express快充技术

Pump Express技术与高通QC2.0虽在实现方式上有所不同,却有异曲同工之妙。高通QC2.0是通过USB端口的D+和D-来个信号实现调压,而联发科的Pump Express快充技术,是通过USB端口的VBUS来向充电器通讯并申请相应的输出电压的。QC2.0是通过配置D+和D-电压的方式来通讯,Pump Express是通过VBUS上的电流脉冲来通讯,但最终的目的是提升充电器的电压到5V,7V,9V。

联发科Pump Express 3.0是全球首款采用了USB Type-C接口直接充电的快充方案,电源的电流直接传送至电池,省去了普通快充方案所需的充电线路,这样做将直接降低手机充电时的温度,联发科官方消息称,Pump Express 3.0比Pump Express 2.0的功率减少50%!

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代表芯片:Helio P10芯片(Pump Express2.0)、Helio X10芯片(Pump Express)、Helio P20芯片(Pump Express 3.0)、Helio X20芯片(Pump Express 3.0)。

4、TI的maxcharge技术

尽管德州仪器已经退出了手机芯片市场,但显然其没有完全放弃。TI推出了maxcharge技术,高通QC2.0和联发科的Pump Express,以及TI自身的高性能充电管理做了一次整合,比较有代表性的方案有BQ25895,其最大充电电流可达5A,最大输入电压14V,可以很好地支持QC2.0和Pump Express标准的充电器。我们对TI提供的BQ25890 demo板实测,在4A充电时,芯片温度达55度左右(在环境温度25度下测试),差不多有30度的温升,这如果放在手机内部,将会是一个重要的热源。

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代表芯片:BQ25601、BQ25600与BQ25700A等产品系列。